第2章 微项目 补铁剂中铁元素的检验

微项目　补铁剂中铁元素的检验
基础过关练
1.邻二氮菲的结构为,简写为phen,遇FeSO4溶液生成橙红色配合物[Fe(phen)3]SO4,其中Fe2+的配位数为6。下列说法不正确的是(　　)
A.phen中,不含手性碳原子
B.[Fe(phen)3]2+中,phen的一个N参与配位
C.[Fe(phen)3]2+中,Fe2+提供空轨道,N提供孤电子对
D.[Fe(phen)3]SO4中,既存在极性键也存在非极性键
2.氯化铁溶液用于检验食用香精乙酰乙酸乙酯时,会生成紫色配合物,其配离子结构如图所示。有关该配离子的说法正确的是(　　)
A.1 mol该配离子中含有的π键的个数是6×6.02×1023
B.该配离子中碳原子的杂化类型均为sp2
C.该配离子中含有的非金属元素中电负性最大的是碳元素
D.该配离子中含有的化学键有离子键、共价键、配位键
3.Fe、Cu的单质及化合物在诸多领域中都有广泛的应用。
(1)Fe位于元素周期表的　　　　区,Fe2+的价电子轨道表示式
为　　　　　　　　。
(2)向黄色的氯化铁溶液中加入无色的KSCN溶液,溶液变成红色。该反应在有的教材中用化学方程式FeCl3+3KSCN Fe(SCN)3+3KCl表示。经研究表明,Fe(SCN)3是配合物,Fe3+与SCN-不仅能以1∶3的个数比配合,还能以其他个数比配合。
①所得Fe3+与SCN-的配合物中,主要是Fe3+与SCN-以个数比1∶1配合,所得离子显红色。该离子是　　　　　　　。
②铁的另一种配合物铁氰化钾K3[Fe(CN)6]俗称赤血盐,可用于检验Fe2+,两者反应生成带有特征蓝色的沉淀,请用离子方程式说明原理:　　　　　　　　　　　　　　　　,该赤血盐配体的电子式为　　　　　　　　　。
4.X是合成碳酸二苯酯的一种有效的氧化还原催化助剂,可由EDTA与Fe3+反应得到。
(1)EDTA中碳原子的杂化轨道类型为　　　　　。EDTA中四种元素的电负性由小到大的顺序为　　　　　　　　　　　。
(2)基态Fe3+的核外电子排布式为　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　。
EDTA与正二十一烷的相对分子质量非常接近,但EDTA的沸点(540.6 ℃)比正二十一烷的沸点(100 ℃)高,其原因是　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)X中的配位原子是　　　　　。
能力提升练
1.铁及其化合物在生产生活中应用非常广泛,回答下列问题:
(1)根据价电子排布规律,铁元素位于元素周期表的　　　　区。
(2)有历史记载的第一种配合物是Fe4[Fe(CN)6]3(普鲁士蓝)。[Fe(CN)6]4-中σ键数目为　　　　,[Fe(CN)6]4-的空间结构为　　　　。已知可溶性氰化物如KCN有剧毒,但普鲁士蓝无毒,请从结构角度解释原因:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)某补铁剂的主要成分为琥珀酸亚铁,可用邻二氮菲(phen)测定Fe2+的含量,适宜pH范围为2~9,反应原理为Fe2++3phen [Fe(phen)3]2+。邻二氮菲(平面形)与琥珀酸亚铁的结构如图。
①下列说法正确的是　　　　。
a.琥珀酸不具有旋光性
b.[Fe(phen)3]2+中,Fe2+的配位数为3
c.当pH<2时,邻二氮菲中的N会优先与H+形成配位键
d.邻二氮菲中N原子的孤电子对占据2p轨道
②补铁剂中Fe2+易变质,请从结构角度解释其原因　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
2.琥珀酸亚铁(C4H4O4Fe)不溶于水,在胃液中能够溶解,其结构简式为。某化学兴趣小组对琥珀酸亚铁的一些性质及纯度进行探究。回答下列问题:
(1)为检验琥珀酸亚铁晶体是否氧化变质,可将其溶解于一定量的盐酸后,加入　　　　(填化学式)溶液,观察溶液颜色的变化。
(2)为测定琥珀酸亚铁的纯度,准确称量10 g琥珀酸亚铁晶体置于石英玻璃管中,按下图装置进行实验。
①上述装置的连接顺序为　　　　(填字母);试剂X的名称为　　　　。
②B装置的仪器名称是　　　　,其作用是　　　　　　　　　
　　　　　　　　　。
③实验中选用氢氧化钡溶液而不是氢氧化钙溶液,除了因为氢氧化钙微溶于水,其溶液吸收CO2的量少外,还因为　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
若反应完全后,精确测量反应后装置中产生的沉淀的质量为
39.4 g,则琥珀酸亚铁晶体的纯度为　　　　;如果没有装置B,测得的纯度会　　　　(填“偏高”“偏低”或“不变”)。
答案与分层梯度式解析
微项目　补铁剂中铁元素的检验
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1.B　手性碳原子是指连接4个不同原子或原子团的碳原子,由邻二氮菲的结构可知,phen中无手性碳原子,A正确;由于Fe2+的配位数为6,故[Fe(phen)3]2+中phen中的2个N原子都参与配位,B错误;在[Fe(phen)3]2+中,中心原子Fe2+提供空轨道,N提供孤电子对,C正确;[Fe(phen)3]SO4中,S和O、C和N、C和H间形成的共价键为极性键,phen中C和C间形成的共价键为非极性键,D正确。
2.A　根据配离子的结构可知,1 mol该配离子中含有的π键的物质的量是6 mol,个数为6×6.02×1023,故A正确;该配离子中碳原子的杂化类型为sp2、sp3,故B错误;该配离子中含有的非金属元素有C、O、H,非金属性O>C>H,则电负性最大的元素是氧元素,故C错误;该配离子中含有的化学键有共价键、配位键,不含离子键,故D错误。
3.答案　(1)d　
(2)①[Fe(SCN)]2+　②Fe2++K++[Fe(CN)6]3- KFe[Fe(CN)6]↓　[∶C N∶]-
解析　(1)Fe为26号元素,其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,位于d区;基态Fe原子失去4s能级两个电子形成Fe2+,价电子排布式为3d6,其轨道表示式为。
(2)①Fe3+与SCN-以个数比1∶1配合所得离子为[Fe(SCN)]2+。②Fe2+和[Fe(CN)6]3-反应的离子方程式为Fe2++K++[Fe(CN)6]3- KFe[Fe(CN)6]↓;KFe[Fe(CN)6]的配体为CN-,CN-的电子式为[∶C N∶]-。
4.答案　(1)sp2、sp3　H(2)1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5
(3)EDTA分子间可形成氢键
(4)N、O
解析　(1)由EDTA的结构可知其中碳原子采取sp3、sp2杂化;同周期主族元素从左到右,电负性逐渐增大,则C、N、O的电负性依次增大,H的电负性弱于C,则四种元素的电负性:H(2)基态Fe原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2,失去3个电子变成Fe3+,基态Fe3+的核外电子排布式为[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5。
(3)EDTA分子间能形成氢键,所以其沸点比正二十一烷的沸点高。
(4)由X的结构可知X中的配位原子是N和O。
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1.答案　(1)d
(2)12　八面体形　普鲁士蓝中的铁与氰基以配位键结合,剧毒的氰根离子几乎不可能游离出来
(3)①ac　②Fe2+的价电子排布式为3d6,再失去1个电子形成半充满的3d5稳定结构,故易被氧化
解析　(1)Fe位于周期表中第4周期Ⅷ族,属于d区元素。
(2)Fe4[Fe(CN)6]3的配体CN-中存在三键,1个三键中只有1个σ键,配位数为6,配位键为σ键,则1个[Fe(CN)6]4-中含有σ键个数为6+6=12,Fe2+的价电子对数是6,[Fe(CN)6]4-的空间结构为八面体形。
(3)①琥珀酸中不含手性碳原子,不具有旋光性,故a正确;[Fe(phen)3]2+中,每个邻二氮菲分子中的两个氮原子与Fe2+形成2个配位键,则Fe2+的配位数为6,故b错误;邻二氮菲中的N含有孤电子对,当pH<2时,会优先与H+形成配位键,故c正确;邻二氮菲中N原子的孤电子对占据sp2杂化轨道,故d错误。
2.答案　(1)KSCN　(2)①ADCB　浓硫酸　②球形干燥管　防止空气中的水蒸气和二氧化碳进入装置C,干扰实验　③等质量的二氧化碳反应产生碳酸钡的质量大于碳酸钙,误差小　(3)86%　偏高
解析　(1)琥珀酸亚铁晶体氧化变质会生成铁离子,检验铁离子的方法是将晶体溶解在盐酸中,再加入KSCN溶液,观察溶液是否变为红色。(2)①本实验的原理是在氧气气流中加热琥珀酸亚铁产生氧化铁、二氧化碳和水,利用浓硫酸除去水蒸气,用氢氧化钡溶液吸收CO2并测量产生的二氧化碳的质量,所以装置的连接顺序为ADCB;试剂X为浓硫酸,其作用是除去二氧化碳气体中的水蒸气。(3)生成碳酸钡沉淀的质量为39.4 g,根据质量守恒定律可得关系式:C4H4O4Fe~4CO2~4BaCO3,则琥珀酸亚铁的质量为8.6 g,所以琥珀酸亚铁的纯度为×100%=
86%;如果没有装置B,会导致生成碳酸钡的质量变大,测得的纯度偏高。
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